KR20200036632A - 폴리아미드 수지 조성물 및 이로부터 제조된 성형품 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폴리아미드 수지 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 우수한 마모 마찰 특성을 가짐에 따라 기어류 부품이나 소음 저감 부품에 적용될 수 있는 장점을 가진다.

Description

폴리아미드 수지 조성물 및 이로부터 제조된 성형품{Polyamid resin composition and Molding produced from the same}
본 발명은 폴리아미드 수지 조성물 및 이로부터 제조된 성형품에 관한 것이다.
종래에 내마모성이나 내마찰성이 필요한 부품으로 사용하던 수지는 통상적으로 엔지니어링 플라스틱인 나일론 6,6을 사용하였는데 이들은 사출작업성이 용이하며, 기계적 물성이 우수하다는 장점을 가지지만, 표면 Shore 경도가 낮아 여전히 내마찰마모성이 부족하여 내마찰마모성이 필요한 제품에 장기적으로 적용하거나 일반적으로 적용하기에는 개선할 여지가 많다. 또한 슈퍼엔지니어링플라스틱인 나일론 4,6은 표면 Shore 경도가 높고 내마찰마모성이 우수하다는 장점을 가지지만, 수분 흡습에 매우 민감하여 제품 외관이 불량하게 사출되고 작업 온도가 300℃ 이상으로 사출작업성이 낮아 사용이 불편한 점이 많다.
상기와 같이 일반적으로 이들의 성능을 향상하기 위하여 실리콘수지, MoS2 등의 첨가제를 첨가하는 방식이 사용되어 왔으나, 이는 폴리아미드 수지 고유의 특성인 인성을 저해하고, 기계적 강도를 떨어뜨리는 문제점을 가지고 있으며, 여전히 낮은 표면 경도로 인해 사용 범위가 제한적인 실정이다.
또한, 엔지니어링 플라스틱인 나일론은 기계적 물성이 우수하고 작업성이 용이하여, 자동차 분야에서 다양한 부품으로 사용되고 있다. 그러나 경도가 낮고 마모 마찰 특성이 부족하여 마찰 마모 특성이 요구되는 제품에 적용하기에는 다소 어려움이 있다. 폴리옥시메틸렌(POM)의 경우, 마찰 마모 특성이 우수하다는 장점이 있지만, 나일론에 비해 강도가 부족하고, 또 슈퍼엔지니어링 플라스틱의 경우 기계적 물성과 마찰 마모 특성이 우수하지만 기존 엔지니어링 플라스틱에 비해 작업성이 낮고 가격대가 높아 사용이 비교적 제한적이다.
한국등록특허 제10-1751247호는 카본나노튜브를 적용함으로써 내마모성 및 표면 경도를 부여하고 인성의 저하를 방지할 수 있는 기술을 적용하였고, 이러한 종래 기술을 보면, 단순히 각각의 제안하는 특성 강화를 위해서는 충분한 기술적 가치가 있으나, 카본나노튜브 사용으로 인하여 칼라 조절이 어렵고, 높은 가격으로 인해 사용이 제한적이다.
본 발명은 우수한 마모 마찰 특성을 가짐에 따라 기어류 부품이나 소음 저감 부품에 적용될 수 있는 폴리아미드 수지 조성물 및 이로부터 제조된 성형품을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 구현예는 폴리아미드 수지; 충진제; 폴리테트라플루오로에틸렌; 및 폴리에틸렌계 화합물 또는 몰리브덴 화합물 중 선택되는 1종 이상을 포함하는 폴리아미드 수지 조성물을 제공하는 것이다.
상기 폴리아미드 수지는 상대점도가 2.0 내지 3.6인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 충진제는 길이가 3 내지 5mm 및 직경이 10 내지 13 um인 촙(chop) 형태의 유리섬유인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 폴리에틸렌계 화합물은 폴리올레핀계 화합물, 폴리카보네이트 화합물 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 몰리브덴 화합물은 고체 윤활제인 이황화몰리브덴(MoS2)인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 폴리아미드 수지 100중량부에 대해서, 충진제 30 내지 80중량부; 폴리테트라플루오로에틸렌 10 내지 50중량부; 및 폴리에틸렌계 화합물 또는 몰리브덴 화합물 중 선택되는 1종 이상을 5 내지 15중량부의 함량으로 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예는 상술한 폴리아미드 수지 조성물로부터 제조된 성형품을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 폴리아미드 수지 조성물 및 이로부터 제조된 성형품은 우수한 마모 마찰 특성을 가짐에 따라 기어류 부품이나 소음 저감 부품에 적용될 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 폴리아미드 수지; 충진제; 폴리테트라플루오로에틸렌; 및 폴리에틸렌계 화합물 또는 몰리브덴 화합물 중 선택되는 1종 이상을 포함하는 폴리아미드 수지 조성물 을 제공할 수 있다.
이하에서 본 발명을 상세히 설명한다.
[A] 폴리아미드 수지
본 발명에 사용되는 상기 폴리아미드 수지는 특별히 제한되는 것은 아니지만 나일론 6, 나일론 66, 또는 그의 혼합물인 것이 바람직하다.
상기 폴리아미드 수지는 상대점도가 2.0~3.6 (20℃ 96% 황산 100㎖ 중 폴리아미드6 수지 1g 용액), 바람직하게는 2.3 내지 3.6이 좋다.
상기 폴리아미드 수지의 상대점도가 2.0 미만이면 강성, 치수안정성 및 내충격성의 저하되는 문제점이 있고, 3.6를 초과하는 경우 유동성이 불량하게 되어 유리섬유의 표면 표출 및 미성형 현상 등의 문제가 발생할 수 있다.
한편, 본 발명의 폴리아미드 수지는 본 발명에 따른 수지 조성물의 제조를 위하여, 칩(chip) 형태로 만들어 제습형 건조기에서 충분히 건조하여 사용할 수 있다.
[B] 충진제
상기 충진제는 섬유상 충진제가 바람직하고 우수한 기계적 강도를 나타내는 점에서 유리섬유가 기존에 충진제로 사용되던 미네랄 미립자보다 바람직하다.
상기 유리섬유는 길이가 3 내지 5mm 및 직경이 10 내지 13㎛ 인 촙(chop) 형태의 유리섬유인 특징을 가진다. 보다 구체적으로 상기 유리섬유는 산화칼슘 (CaO), 이산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3)을 주성분으로 하고, 통상 산화칼슘이 10~20중량%, 이산화규소가 50~70중량%, 산화알루미늄이 2~15중량% 포함되어 있는 것을 사용할 수 있다. 또한, 유리섬유의 길이가 3mm 미만이거나 직경이 10㎛ 미만인 경우 유리섬유가 지나치게 짧거나 쉽게 깨져버려 강성을 향상시키기에 부족할 수 있고, 길이가 5mm를 초과하거나, 직경이 13㎛를 초과하는 경우 강성은 향상될 수 있으나, 섬유가 돌출되는 문제로 인하여 외관품질이 저하될 수 있으므로 선택에 주의가 필요하다.
상기 충진제는 폴리아미드 수지 100중량부를 기준으로 30 내지 80중량부, 바람직하게는 50 내지 60중량부인 것이 좋다. 상기 충진재의 첨가량이 상기 범위 내에 있는 경우 표면과 성형성이 향상되는 장점을 가질 수 있다.
[C] 폴리테트라플루오로에틸렌
상기 폴리테트라플루오로에틸렌은 수지에 윤활 효과를 주어 마모, 마찰 특성을 향상시키기 위해 사용될 수 있다.
상기 폴리테트라플루오로에틸렌은 백색분말형태인 것을 사용하는 것을 특징을 가진다. 보다 구체적으로 상기 폴리테트라플로에틸렌은 융점이 320℃이상이고 비중이 2.0 내지 2.2인 것을 사용할 수 있다.
상기 폴리테트라플루오로에틸렌은 폴리아미드 수지 100중량부를 기준으로 10 내지 50중량부, 바람직하게는 30 내지 50중량부인 것이 좋다. 상기 폴리테트라플루오로에틸렌의 첨가량이 상기 범위 내에 있는 경우 강성이 향상되고, 제조비용이 상승되는 문제를 방지할 수 있다.
[D] 폴리에틸렌계 화합물
상기 폴리에틸렌계 화합물은 수지에 윤활특성 주어 마모, 마찰특성을 향상시키기 위해 사용될 수 있다.
상기 폴리에틸렌계 화합물은 일례를 들면, 폴리에틸렌계 화합물은 폴리올레핀계 화합물, 폴리카보네이트계 화합물 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 할 수 있다. 나일론 수지와 혼합 시, 폴리올레핀계 화합물이 수지와의 혼합이 폴리카보네이트계 보다 우수하기 때문에 폴리올레핀계 화합물이 보다 바람직하다.
상기 폴리에틸렌계 화합물은 폴리아미드 수지 100중량부를 기준으로 5 내지 15중량부, 바람직하게는 7 내지 10중량부인 것이 좋다. 상기 폴리에틸렌계 화합물의 첨가량이 상기 범위 내에 있는 경우 마모, 마찰 특성이 향상되지만, 기계적 강도가 크게 감소하고, 제조비용이 상승되는 문제를 방지할 수 있다.
[E] 몰리브덴 화합물
상기 몰리브덴 화합물은 수지에 윤활 효과를 주어 마모, 마찰성능을 향상시키기 위해 사용될 수 있다.
상기 몰리브덴 화합물은 폴리아미드 수지 100중량부를 기준으로 5 내지 15중량부, 바람직하게는 7 내지 10중량부인 것이 좋다. 상기 몰리브덴 화합물의 첨가량이 10 중량부 이상일 경우, 몰리브덴의 높은 밀도에 의해, 가공 시 균일한 분산이 어려워 제품 성형에 문제가 생길 수 있고, 기계적 강도가 떨어지고 제조비용이 상승되는 문제가 일어날 수 있다.
본 발명에 따른 조성물은 염료, 안료, 중점제, 이형제, 내열제, 가공보조제, 및 정전기방지제 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 첨가제를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 내열제는 방향족 아민계 내열제, 힌더드 페놀계 내열제 또는 포스파이트게 내열제 중 어느 하나 또는 2 이상의 혼합물인 것이 바람직하다.
상기 첨가제는 폴리아미드 수지 100중량부를 기준으로 0.1 내지 1중량부의 함량으로 포함할 수 있다. 상기 이형제가 상기 범위 내에 있는 경우 사출 가공 시 가공이 원활히 진행될 수 있고, 제조비용이 상승하는 문제점을 방지할 수 있다. 또한, 상기 내열제가 상기 범위 내에 있는 경우 내열성 향상을 얻을 수 있고, 제조비용이 상승하는 문제점을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 구체적인 실시예 및 비교예를 통하여 발명의 구성 및 효과를 보다 상세히 설명하기로 한다. 그러나 하기 실시예는 발명을 보다 명확하게 이해시키기 위한 것일 뿐이며, 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 5
표 1에 나타난 바와 같은 조성에 따라 약 300℃로 가열된 이축 압출기내에서 용융 혼련하여 폴리아미드 수지 조성물을 제조하였다. 상기 조성물은 칩(chip) 상태로 만들어 100℃, 4시간 제습형 건조기를 이용하여 건조하여, 스크류식 사출기를 이용하여 용융혼련 때와 동일한 온도로 폴리아미드 수지 조성물을 포함하는 시편을 제작하였다.
중량부 A B C D E F G H I
실시예1 100 60 30 7 - - 0.4 1.0 0.2
실시예2 100 60 30 10 - - 0.4 1.0 0.2
실시예3 100 60 30 - 7 - 0.4 1.0 0.2
실시예4 100 60 30 - 10 - 0.4 1.0 0.2
비교예1 100 60 30 - - 7 0.4 1.0 0.2
비교예2 100 60 30 - - 10 0.4 1.0 0.2
비교예3 100 60 30 - - - 0.4 1.0 0.2
비교예4 100 60 43 - - - 0.4 1.0 0.2
비교예5 100 60 48 - - - 0.4 1.0 0.2
(주석) A: 폴리 아미드 수지인 나일론 6,6 (Ascend사의 50BW 제품)B: 충진제인 유리섬유 (KCC 사의 CS-311 제품)
C: 플리테트라플루오로에틸렌으로 (KITAMURA사의 KT-450 제품)
D: 폴리에틸렌계 화합물 (NOF CORPORATION 사의 A1401제품)
E: MOS2 (DAITO사의 이황화몰리브데넘)
F: 실리콘 화합물 (다우코닝 사의 MB50-011 제품)
G: 이형제로서 Calcium stearate(신원화학사의 calcium stearate)
H: 가공보조제(CHEMPIA 사의 VCA-1)
I: 내열제 (송원산업 사의 SONGNOX 1010)
물성평가
실시예 및 비교예에서 제조된 폴리아미드 수지 조성물에 대하여, 아래와 같은 방법으로, 인장강도, 굴곡강도, 충격강도, 마찰계수 특성을 측정하여, 그 결과를 표 2에 나타내었다.
1) 인장강도: ASTM D-638 평가법에 의거하여 시편을 제작한 후 측정하였다
2) 굴곡강도 : ASTM D-790 에 의거하여 시편을 제작한 후 측정하였다.
3) 충격강도 : ASTM D-256의 방법으로 측정하였다.
4) 마찰계수 측정 : ASTM D3702 THRUST WASHER 방법으로, R&B 사의 RB102 PD를 이용하여 10 N의 힘을 가하여 30 mm/s 속도로 30분간 마찰계수 측정 시험을 하였다. 상대제는 나일론6,6 과 유리섬유 60 중량부를 사용하여 제작한 시편으로 평가하였다.
인장강도 굴곡강도 충격강도 마찰계수
단위 kgf/cm2 kgf/cm2 kgf/cm2 -
실시예1 1651 2308 10.2 0.06
실시예2 1623 2278 9.1 0.06
실시예3 1724 2596 8.6 0.14
실시예4 1648 2428 8.4 0.11
비교예1 1778 2604. 9.6 0.68
비교예2 1756 2514 9.5 0.69
비교예3 1816 2725 11.0 0.11
비교예4 1779 2698 10.0 0.12
비교예5 1747 2614 9.6 0.11
상기 표 2에서 확인되는 바와 같이, 실시예 1 내지 4는 인장강도, 굴곡강도, 충격강도 및 마찰계수 모두 우수한 수준으로 만족하는 것을 알 수 있었다. 그러나 폴리에틸렌계 화합물 및 몰리브덴 화합물 대신에 실리콘계 화합물을 포함하는 비교예 1 및 2의 경우, 마찰계수가 증가하는 문제가 있음을 알 수 있었다.
또한, 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 2를 비교할 때, 폴리에틸렌계 화합물 또는 MOS2를 포함하는 경우 실리콘계 화합물을 동일한 함량으로 첨가하였을 때보다 우수한 마찰계수를 나타내는 것을 확인하였다.
또한, 종래기술로서 비교예 3 내지 5의 경우 폴리테트라플루오로에틸렌의 함량을 증가시켜도 마찰계수가 감소하지 않는 것을 확인하였다.
본 발명의 마모 마찰 특성이 향상된 폴리아미드 수지 조성물에 의하면 폴리아미드 수지, 충진제, 폴리테트라플루오로에틸렌, MOS2, 폴리에틸렌계 화합물의 특정 조합에 의하여 인장강도, 굴곡강도, 충격강도 물성을 유지하면서 종래 기술인 플리테트라플루오로에틸렌만을 사용하였을 때보다 우수한 마모 마찰 특성을 나타내는 것을 알 수 있었다.
따라서 본 발명의 조성물은 상대적으로 마찰 마모 특성이 증가하는 것을 확인할 수 있었고, 마찰, 마모 특성이 요구되거나 마찰로 인한 소음이 생기는 부품에 적용이 가능한 것을 알 수 있다.

Claims (7)

  1. 폴리아미드 수지;
    충진제;
    폴리테트라플루오로에틸렌; 및
    폴리에틸렌계 화합물 또는 몰리브덴 화합물 중 선택되는 1종 이상을 포함하는 폴리아미드 수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폴리아미드 수지는 상대점도가 2.0 내지 3.6인 것을 특징으로 하는 폴리아미드 수지 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 충진제는 길이가 3 내지 5mm 및 직경이 10 내지 13 um인 촙(chop) 형태의 유리섬유인 것을 특징으로 하는 폴리아미드 수지 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 폴리에틸렌계 화합물은 폴리올레핀계 화합물, 폴리카보네이트 화합물 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 폴리아미드 수지 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 몰리브덴 화합물은 화합물은 고체 윤활제인 이황화몰리브덴(MoS2)인 것을 특징으로 하는 폴리아미드 수지 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 폴리아미드 수지 100중량부에 대해서, 충진제 30 내지 80중량부; 폴리테트라플루오로에틸렌 10 내지 50중량부; 및 폴리에틸렌계 화합물 또는 몰리브덴 화합물 중 선택되는 1종 이상을 5 내지 15중량부의 함량으로 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리아미드 수지 조성물.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 폴리아미드 수지 조성물로부터 제조된 성형품.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112480666A (zh) * 2020-12-18 2021-03-12 南京串晶科技有限公司 一种高耐磨改性pa9t复合材料的配方及其制备方法

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